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分类: LINUX

2015-06-13 14:56:27

原文地址:SATA、IDE、SCSI 作者:soararing

目前硬盘接口类型不算多,主要有IDE、SCSI、SATA三种。IDE许多时候以Ultra ATA指代之,很多人习惯将Ultra ATA硬盘称为IDE硬盘,但需要说明的是IDE的概念要大于ATA——原则上所有硬盘驱动器集成控制器的设计都属于IDE,SCSI也不例外。当然,以IDE指代ATA已经形成很大的惯性,SATA开始将IDE与ATA区别开来。成熟廉价的是IDE,最新兴的是SATA,稳定价高的SCSI。最早出现的是IDE接口,后来出现SCSI接口,主要面向服务器。如果仔细观察,你可以发现,最近电脑业界的系统总线都是朝串行发展,硬盘的接口总线SATA是个代表,包括今后的将要顶替AGP接口的图形接口标准PCI-Express,都朝着串行方向发展。

1. IDE接口:

IDE的英文全称为:Integrated Drive Electronics,是目前最主流的硬盘接口,包括光储类的主要接口。它经过数年的发展变得很成熟、廉价、稳定。IDE接口使用一根40芯或80芯的扁平电缆连接硬盘与主板,每条线最多连接2个IDE设备(硬盘或者光储)。早期的是用IDE多功能卡插在主板上,再连接IDE线,这功能卡已经淘汰;目前主板全部提供2个IDE接口,相比IDE多功能卡,它显得价格便宜和易于安装。IDE接口又分为UDMA/33,UDMA/66,UDMA/100,UDMA/133。1996年底,昆腾和英特尔公司宣布共同开发了Ultra DMA/33的新型EIDE接口,因其数据传输率为33MB/s,故称UDMA/33,后面的UDMA/66,UDMA/100,UDMA/133命名同上。Ultra DMA把时钟脉冲的上升和下降沿均用作选通信号,即每半个时钟周期传输一次数据,这就使得最大外部传输速率从16.6MB/s倍增至33.3MB/s。另外,Ultra DMA采用总线控制方式,在硬盘上有直接内存通道控制器,可大大降低硬盘在读写时对CPU的占用率,可将对CPU的占用率从92%降至52%,这也是Ultra DMA的一个重要作用。当然,要实现Ultra DMA功能,还需要支持Ultra DMA规格的主板和相应的驱动程序。所有的IDE硬盘接口都使用相同的40针连接器。
2.SCSI接口

SCSI英文全称:Small Computer System Interface,它出现的原因主要是因为原来的IDE接口的硬盘转速太慢,传输速率太低,因此高速的SCSI硬盘出现。其实SCSI并不是专为硬盘设计的,实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作,所以它的最大优势在于其系统占用率极低,不过转速快,传输率高的SCSI接口硬盘也有它的不足之处:价格高、安装不便、还需要设置及其安装驱动程序,因此这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。它是使用一根50芯的扁平电缆,转速在万转以上,不过随着IDE技术的发展,如今IDE接口的硬盘在容量和速度上已与SCSI接口硬盘相差无几,不久将来,它可能不会存在了。
3.SATA接口
SATA是Serial ATA的缩写,即串行ATA。这是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型,由于采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

与并行ATA相比,SATA具有比较大的优势。首先,Serial ATA以连续串行的方式传送数据,可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。Serial ATA一次只会传送1位数据,这样能减少SATA接口的针脚数目,使连接电缆数目变少,效率也会更高。实际上,Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作,分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据,同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次,Serial ATA的起点更高、发展潜力更大,Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/sec,这比目前最块的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/sec的最高数据传输率还高,而目前SATA II的数据传输率则已经高达300MB/sec。

另外,Serial ATA接线较传统的并行ATA(Paralle ATA)接线要简单得多,而且容易收放,对机箱内的气流及散热有明显改善。而且,SATA硬盘与始终被困在机箱之内的并行ATA不同,扩充性很强,即可以外置,外置式的机柜(JBOD)不单可提供更好的散热及插拔功能,而且更可以多重连接来防止单点故障;由于SATA和光纤通道的设计如出一辙,所以传输速度可用不同的通道来做保证,这在服务器和网络存储上具有重要意义。

而SATA II是在SATA的基础上发展起来的,其主要特征是外部传输率从SATA的1.5Gbps(150MB/sec)进一步提高到了3Gbps(300MB/sec),此外还包括NCQ(Native Command Queuing,原生命令队列)、端口多路器(Port Multiplier)、交错启动(Staggered Spin-up)等一系列的技术特征。单纯的外部传输率达到3Gbps并不是真正的SATA II。

SATA II的关键技术就是3Gbps的外部传输率和NCQ技术。NCQ技术可以对硬盘的指令执行顺序进行优化,避免像传统硬盘那样机械地按照接收指令的先后顺序移动磁头读写硬盘的不同位置,与此相反,它会在接收命令后对其进行排序,排序后的磁头将以高效率的顺序进行寻址,从而避免磁头反复移动带来的损耗,延长硬盘寿命。另外并非所有的SATA硬盘都可以使用NCQ技术,除了硬盘本身要支持 NCQ之外,也要求主板芯片组的SATA控制器支持NCQ。此外,NCQ技术不支持FAT文件系统,只支持NTFS文件系统。

由于SATA设备市场比较混乱,不少SATA设备提供商在市场宣传中滥用“SATA II”的现象愈演愈烈,例如某些号称“SATA II”的硬盘却仅支持3Gbps而不支持NCQ,而某些只具有1.5Gbps的硬盘却又支持NCQ,所以,由希捷(Seagate)所主导的SATA-IO(Serial ATA International Organization,SATA国际组织,原SATA工作组)又宣布了SATA 2.5规范,收录了原先SATA II所具有的大部分功能——从3Gbps和NCQ到交错启动(Staggered Spin-up)、热插拔(Hot Plug)、端口多路器(Port Multiplier)以及比较新的eSATA(External SATA,外置式SATA接口)等等。

值得注意的是,部分采用较早的仅支持1.5Gbps的南桥芯片(例如VIA VT8237和NVIDIA nForce2 MCP-R/MCP-Gb)的主板在使用SATA II硬盘时,可能会出现找不到硬盘或蓝屏的情况。不过大部分硬盘厂商都在硬盘上设置了一个速度选择跳线,以便强制选择1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少数硬盘厂商则是通过相应的工具软件来设置),只要把硬盘强制设置为1.5Gbps,SATA II硬盘照样可以在老主板上正常使用。

SATA硬盘在设置RAID模式时,一般都需要安装主板芯片组厂商所提供的驱动,但也有少数较老的SATA RAID控制器在打了最新补丁的某些集成了SATA RAID驱动的版本的Windows XP系统里不需要加载驱动就可以组建RAID。

值得注意的是,无论是SATA还是SATA II,其实对硬盘性能的影响都不大。因为目前硬盘性能的瓶颈集中在由硬盘内部机械机构和硬盘存储技术、磁盘转速所决定的硬盘内部数据传输率上面,就算是目前最顶级的15000转SCSI硬盘其内部数据传输率也不过才80MB/sec左右,更何况普通的7200转桌面级硬盘了。除非硬盘的数据记录技术产生革命性的变化,例如垂直记录技术等等,目前硬盘的内部数据传输率也难以得到飞跃性的提高。说得不好听的话,目前的硬盘采用ATA 100都已经完全够用了,之所以采用更先进的接口技术,是可以获得更高的突发传输率、支持更多的特性、更加方便易用以及更具有发展潜力罢了。

硬盘与主板的连接部分就是它的接口,常见的有ATA、SATA、SCSI。ATA和SATA接口的硬盘主要应用在个人电脑上,SCSI接口的硬盘则较多地用在服务器上。接口的性能指标主要是传输率,也就是硬盘支持的外部传输率。

ATA接口传输率一般分为100MB/s 133MB/s 目前常见的ATA接口硬盘的外部传输速率模式有UltraATA/100、UltraDMA/133两种。大多数的硬盘的都支持UltraDMA/100/133的传输速率模式。现在SATA硬盘都是150MB/s的传输率。

SATA硬盘的出现,缓解了磁盘系统的瓶颈问题。首先SATA是以串行的方式传送数据,这可使连接电缆数目变少,效率提高。其次,SATA有更高的起点、可发展的潜力大,Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s,这比ATA 133所能达到的133MB/s的最高数据传输率还高,而Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s。

最后,Serial ATA具有更强的系统拓展性,由于Serial ATA 采用点对点的传输协议,这样可以使每个驱动器独享带宽,而且在拓展Serial ATA设备方面会更有优势。
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